分子生物学 第五章

第五章真核生物转录起始第一节真核细胞核真核细胞核染色质(chromatin)真核生物细胞中细胞核内DNA和蛋白质高度包装的紧密复合体结构。染色质的低水平包装：核小体和30nm螺旋管纤维是分裂间期细胞核染色质形式。（松散）中期染色体是最高水平的压缩。常染色质(euchromatin)与异染色质(heterchromatin)常染色质，是指间期核内染色质纤维折叠压缩程度地处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。是基因转录的必要条件，也就是说不是常染色质的所有基因都转录。异染色质，是指在间期细胞核中，仍然高度折叠的、用碱性染料染色着色深的一部分染色质。它们不转录而且复制较晚。组成性异染色质和兼性异染色质组成性异染色质（constitutiveheterchromatatin),是指所有细胞中永久存在的异染色质。其DNA不含基因，包括着丝粒、端粒等特定区域的DNA。兼性异染色质（facultativeheterchromatatin),是指在某些细胞类型的一定阶段出现的高度聚缩，丧失基因转录活性的DNA。一般胚胎细胞含量较少，而告独特化的细胞含量较多。这种兼性染色质，实际上是基因组活性调控的一种形式。核基质核基质(nuclearmatrix),细胞核内除核膜、染色质、核仁和核孔外的骨架结构。核基质与染色质核基质连接区域常染色质中附着于基质上的DNA区域，富含AT，称为基质相关区域(matrix-associatedregion,MAR)或骨架附着区(scaffoldattachmentregion,SAR)连接在核基质上的DNA环，称为结构域。结构域、功能域和DNA酶I敏感区域功能域，也称为活性染色质，具有转录活性的染色质，即表达基因周围的DNA区域。活性染色质对DNA酶I消化作用更敏感。这些敏感位点常位于基因5’端启动子区域。第二节染色质结构染色质结构调控基因组表达的方式染色质结构的区间性1）绝缘子2）基因座控制区（LCR）染色质结构改变1）核小体重建2）组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化3）DNA甲基化4）异染色质扩展绝缘子（insulator）功能域中或功能域间，阻断基因激活或失活效应的元件当其位于增强子和启动子之间的时候，能阻断增强子对启动子的激活作用绝缘子与异染色质扩展异染色质扩展，异染色质在特殊的序列生成核心，随后沿染色质纤维传播阻断启动子当绝缘子位于一条活性基因和异染色质之间时，能够提供一个屏障来保护基因免受异染色质扩展所造成的失活效应绝缘子维持功能域独立性基因座控制区(locuscontrolregion,LCR)与调控结构域染色体DNA中一种顺式作用元件，具有稳定染色质疏松结构的作用实际上一种增强子一个调控结构域，可能由一个绝缘子、一个LCR、一个核基质附着点（MAR）和单个或多个转录单位组成。核小体重建—能量依赖组蛋白修饰乙酰化乙酰化活化基因组；去乙酰沉默基因组甲基化沉默基因组磷酸化泛素化DNA甲基化DNA甲基化和组蛋白甲基化是非活性染色质的特征这两类甲基化常相互关联大多数DNA甲基化的位点是CpG岛第三节DNA结合蛋白染色质化学组成染色质DNA：携带遗传信息染色质蛋白质1）组蛋白：与DNA非特异性结合2）非组蛋白：与DNA特异性结合，DNA结合蛋白a)种类多样b)功能多样c)对DNA具有识别特异性DNA结合蛋白DNA结合蛋白的结构特征—以转录因子为例转录因子的三个结构组成部分1）DNA结合结构域（分类依据）2）连接域3）转录活化结构域DNA结合结构域常见类型螺旋-转角-螺旋花样(helix-turn-helixmotif,HTH,图A)锌指花样(zincfingermotif,图B,C)亮氨酸拉链花样(Leucinezippermotif，图D)螺旋-环-螺旋花样(heliex-loop-helixmotif,图E)HMG框花样(HMGboxmotif，图F)第四节转录起始中DNA与蛋白质相互作用DNA-蛋白质相互作用是转录调控的方式DNA:顺式调控元件(cis-regulatingelement),是指对基因表达有调控活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处于一个DNA分子上的基因．蛋白质：反式作用因子(trans-actingfactor)是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而调控靶基因转录效率的一组蛋白质．顺式调控元件启动子(promoter)增强子(enhancer)负调控元件—沉寂子(silencer)绝缘子其它顺式调控元件：1）应答元件(responsiveelements)真核细胞中对某些特定的环境作出应答的基因，常具有相同的顺式元件—应答元件．应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别(又称为可诱导的顺式调控元件／反式作用因子)。2）转座元件启动子(promoter)与基因转录启动有关的一组DNA序列，一般位于转录起始点上游100-200bp以内，其功能是决定转录的起始点和调控转录频率．原核启动子：1）-35框：5’-TTGACA-3’2）-10框5’-TATAAT-3’真核启动子真核启动子区域包括核心启动子和启动子上游近侧序列：1、核心启动子(corepromoter)是决定转录起始位置的关键序列，也是普通转录因子TFⅡD的结合位点，①TATA盒(TATAbox)位于转录起始点上游-25～-30bp．②起始子(initiator，Inr)Inr是与转录起始位点重叠的短的较保守序列．注：①不是所有基因都含有TATA盒或Inr序列．有的只有其中之一，有的两者都无．②这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变2、上游启动子元件(UpstreamPromoterelement，UPE)位于较上游(-30一-110bp)，能较强影响转录起始的频率，如CAAT盒和GC盒．其中GC盒是转录因子SPl的结合位点。增强子(enhancer)能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件（其核心序列常为8-12bp)．增强子的作用特点：1）能(通过启动子)提高同一条链上的靶基因转录速率；2）增强子对同源基因或异源基因同样有效；3）增强子的位置可在基因5’-上游、基因内或3’下游序列中；4）自身没有5’-或3’-方向性；5）增强子可远离转录起始点(最多30Kb)；6）增强子一般具有组织或细胞特异性．RNA聚合酶RNA聚合酶I,转录28S,5.8S和18S核糖体RNA(rRNA)RNA聚合酶Ⅱ，负责真核生物蛋白编码基因和大部分小核RNA（snRNA)的转录，有7-10个亚基，最大亚基的羧基末端结构域(CTD)具有7个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Set)的重复序列，其中有多个磷酸化位点．CTD磷酸化对调控基因转录有重要作用．RNA聚合酶III,转录tRNA,5SrRNA,U6-snRNA,小核仁RNA(snoRNA),小细胞质RNA(seRNA)基础转录因子(basaltranscriptionfactor)真核基因转录除RNA聚合酶外，还需要许多蛋白因子—转录因子参加，其中一些转录因子是RNA聚合酶Ⅱ转录起始必需的，并且可以维持基础水平的转录，因此称为基础转录因子或普通转录因子(generaltranscriptionfactor)RNA聚合酶II的普通转录因子(TFII)包括TFIID,TFⅡB,TFIIF，TFIIE，TFIIH，TFIIA等．TFIID是最先结合到DNA上的转录因子，由TATA结合蛋白（TATA-bindingprotein,TBP)和12个TBP相关因子（TAF,TBP-associatedfactor)组成转录起始事件RNA聚合酶结合核心启动子封闭的启动子复合物转换为开放的启动子复合物RNA合成的起始启动子清除：聚合酶向启动子下游移动RNA聚合酶II的转录起始（1）RNA聚合酶II的转录起始（2）三个关键事件：TBP的结合诱导TATA框区段DNA形成弯曲DNA弯曲提供了TFIIB识别的结构，从而保证了RNA聚合酶II在转录起始位点上的正确定位TFIIH破环碱基配对，这是形成开放启动子所必需的